B
iri katı hal fiziğinin konusu, diğeri parçacık fiziğinin. Çalışma alanları ve hedefleri fark-lı bu iki fizik dafark-lı arasındaki benzerlikler uzun yıllardır biliniyor. Her iki dala ait bazı kuram-lar benzerlik gösteriyor. Higgs bozonu ve mekaniz-ması, katı hal fiziğindeki Bose-Einstein yoğunlaşma-sından esinlenilerek ortaya atılmış. Aşırı soğutulmuş bir metaldeki elektronlar fononlarla (mekanik titre-şimin enerji paketleri) etkileşiyor ve sonuçta elekt-ronlar metal içinde çifter çifter hareket etmeye baş-lıyor. Her bir elektron birer fermiyon iken (spini ya-rım tamsayılı parçacık) birlikte bir bozon (spini tam sayılı parçacık) gibi davranıyor. Bozonlar, fermiyon-lardan farklı olarak aynı kuantum seviyesinde toplu-ca bulunabiliyor. Metal çok soğutulduğu için elekt-ron çiftleri topluca en düşük enerjili kuantum sevi-yesini dolduruyor. Yani bozonlar bir tek kuantum se-viyesinde yoğunlaşıyor. Higgs bozonlarının da vaku-mu (uzayın en düşük enerjili kuantum duruvaku-mu) bu şekilde doldurduğu öne sürülüyor.Madrid Malzeme Bilimleri Enstitüsü’nden Pablo San-Jose, Francisco Guinea ve Jose Gonzalez ise bu yıl Physical Review Letters’ da yayımladıkları maka-lede 2010 yılının fizik Nobel Ödülü konusu olan gra-fen ile Higgs’i karşılaştırıyor. Gragra-fen bir zar gibi in-ce olmasına rağmen kristal yapıda olduğu için hay-li sağlam. Aynı zamanda grafen zarı diğer ince zar-lar gibi titreşiyor ve üzerinde dalgazar-lar oluşuyor. Bu dalgaların grafenin benzersiz elektrik özelliklerinde rol oynadığı düşünülüyor. Söz konusu çalışmayı ya-pan araştırmacılar ise grafen zarının potansiyelinin vakumu dolduran Higgs alanının potansiyeline olan benzerliğinden yola çıkarak, grafenin Higgs’i anla-mamıza yardımcı olabileceğini belirtiyor.
Her iki potansiyel de üstü dar ve uzun, altı geniş bir Meksika şapkası şekliyle temsil ediliyor. Tepesinde bir top bulunan şekle hangi açıdan bakılırsa bakılsın aynı görünür. Ancak bu simetri, topun ufak bir etki sonu-cu aşağıya kaymasıyla bozulur. Grafen zarın düz oldu-ğu durum simetrik, gerilince dalgalanması ise simet-rik olmayan duruma karşılık geliyor. Potansiyelin şek-lindeki negatif eğrilik (şapkanın tepe noktasındaki ka-vis) “kendiliğinden simetri kırılması” olarak adlandı-rılan simetri bozulmasının habercisi. Higgs alanında da benzer davranışı görüyoruz. Simetrinin bozulması Higgs bozonlarının bir kuantum seviyesine yoğunlaş-masıyla sonuçlanıyor. Evrenimiz bir zamanlar Higgs alan simetrisinin bozulmadığı bir yermiş. Pratik uy-gulamalarının çokluğuyla bilinen grafen maddesinin evrenin uzak tarihine ışık tutabilmesi, uzay-zamanın grafen zarıyla ilişkilendirilmesi gerçekten ilginç. An-cak bu çalışmanın parçacık fiziğini, 1960‘larda katı hal fiziğindeki bazı kavramları nükleer beta ışımasına uy-gulayan Yoichiro Nambu ya da birleşik alan kuramla-rıyla bilinen Weinberg, Glashow ve Salam kadar etki-lemesi beklenmiyor. Nihayetinde bu çalışma, grafeni olası birçok Higgs senaryosundan biriyle ilişkilendi-riyor. Yine de Higgs alanını kavrama da bu benzetme işe yarayabilir. Gözde canlandırılması zor olan Higgs alanını betimlemek için bundan sonra Meksika şap-kası örneğinin yanı sıra grafen zarını da kullanabiliriz.
Grafen Higgs Karşılaştırması
Grafenin Higgs ile ne ilgisi olabilir? İlki karbon atomlarından oluşmuş, bir atom kalınlığında olduğu için iki boyutlu kabul edilen bir malzeme,
ikincisi vakumu doldurduğu ve atomaltı parçacıklarla etkileşerek onlara kütle verdiği düşünülen atomaltı bir parçacık.
Bilim ve Teknik Mart 2011
> < Zeynep Ünalan 63 Kaynaklar http://physicsworld.com/cws/ article/news/44994 San-Jose P., Gonzalez J., Guinea F., Electron-Induced Rippling in Graphene, Physics Review Letters, Cilt 106, Ocak 2011
